Hidrológiai Közlöny 1999 (79. évfolyam)

4. szám - Bakonyi Péter–Krámer Tamás–Józsa János: Ártéri öblözetek töltségszakadást követő elöntési folyamatainak modellezése: 1. A folyó és a szakadási szelvény modellje

230 HIDROLÓGIAI K

.ÖZL

ÓNY 1999. 79. ÉVF 3. SZ. mély kopolyát moshat a töltés altalajába Az ilyen szabálytalan szelvényen átfolyó vízhozamot csak modellkísérlettel lehetne meghatározni, ez azonban a lehetséges szelvényalakok nagy száma miatt megfizethetetlen. Ezért a szelvény alakjára valamilyen feltételezést kell tennünk A korábbi szakadási szelvények statisztikai vizsgálata alapján a VTTUKI hatodfokú parabola alakot javasolt Ez a természetes szakadási szelvények esetére megfelel. Az előre kiépített megnyitási helyeken trapéz-, vagy négyszög-szelvényű, széles küszöbű bukót feltételezhetünk. Az irodalmi adatok (Fread [2]; Singh [7J) is inkább ez utóbbi alak használatát támasztják alá. A rendelkezésünkre álló rövid idő miatt a trapéz-szelvényű (négyszög-szelvényű) oldalbukó vízhozam-képletét programoztuk be. Ez tökéletesen megfelel a kiépített megnyitási helyek esetén és elfogadható közelítés "vad" töltésszakadások esetére. A munka folytatásaként tervezzük a korábban használt hatodfokú parabola beprogramozását is. A szakadási szelvényen átfolyó vízhozam meghatározására az alábbi képletet használjuk: ahol a = +1, ha a folyóban magasabb a víz, mint az ártéren, a = - 1 egyébként, P = az alvízi visszahatás tényezője (Id később) b,= az oldalbukó szélessége (időfüggő; Id később) hf= felvízszint (a folyó vízszintje, ha a = + 1, az ártéren mért vízszint, ha a = - 1 h

b, = alvízszint (időfüggő; Id később) C\ = vízhozamtényező, derékszögű négyszög szelvényű, azaz Poleni bukó esetén C2 = vízhozamtényező, háromszögű szelvény, azaz Thomson bukó esetén (Megjegyezzük, hogy a könnyebb azonosíthatóság érdekében, a vízhozamtényező megnevezést átvettük az angolszász eredetiből, ez azonban nem egyezik meg a Magyarországon használatos terminológiával!) A vízhozamtényezőkre Fread [2] C

t = 1,6-1,7 és C

2 = 1,2 érték használatát javasolja, ez a hazai gyakorlatban használt vízhozamtényezőre (p, = Cj^-I^fis) /Ji = 0,54-0,58, illetve /v

2 = 0,41 értéket ad. A Magyarországon szintén használatos átbukási tényezők értékei rendre: m

0\ = 0,35-0,38, illetve m

m = 0,27. Mindkét érték a széles-küszöbű bukókra jellemző tartományba esik. Az alvízi visszahatás tényezője. [=1.0 (r<0,67) \=r 10- 27.8^ -0,6iy (y>0,67) ahol: y = hf -K K-K Az oldalbukó szélessége az idő függvényében: J=4 {,

<T) [=« (<>1 T = a teljes nyilásméret kialakulásának ideje, / = az idő, és B = a teljes bukószélesség. Hasonlóan, az oldalbukó fenékszintje. h\=h

i

0-(h

i

0-h

b)L (f<T) (?>T) h

M- a bukó induló magassága (átbukás esetén a töltés magassága) ht = a bukó végső magassága (T idő elteltével). Az oldalbukó fel vízszintjét a folyásirány szerinti felső (/) és alsó (i + 1) végénél az ismert (/'. időlépés) vízszintek számtani közepével modellezzük. Mint látható, a trapézszelvényű oldalbukó vízhozamát a derékszögű négyszög- és a háromszögszelvényű bukó vízhozamának összegével számítjuk. A Magyarországon tapasztalt (50-70 m) szakadás-szélességek mellett a háromszög-szelvény vízszállítása elhanyagolható. A három modell összekapcsolása A három modell egymáshoz kapcsolódását a 2. ábra szemlélteti. Minden egyes időlépésben megvizsgáljuk, hogy van-e átfolyás a szakadási szelvényen. Átfolyást akkor feltételezünk, ha a „fiitó idő" már meghaladta a töltésszakadás időpontját (mint azt már korábban jeleztük, a töltés tönkremenetelének automatikus modellezésére nem vállalkoztunk), és a felvízszint (amely lehet a folyóban, vagy az ártéren számolt vízszint is) magasabb a bukó koronaszintjénél. Ha van átfolyás, akkor az oldalbukó modellel kiszámítjuk az átfolyó vízhozamot, melyet átadunk mind a folyó modelljének, mind az ártér modelljének. A vízhozam előjele a folyó modellje esetén negatív, az ártér modelljénél pedig pozitív, mert alapértelmezésben a folyóból „kiveszünk" vizet és az árteret „tápláljuk" (az ártér ürítése esetén az előjelek természetesen megfordulnak). A folyó és az ártér modellje, befejezve a számítást visszaadja a felvízszintet és az alvízszintet az oldalbukó modellnek, és a számítást megismételjük, de most már At időlépéssel későbbre. t' O-1.2,-v>) 2. ábra. A modellek egymáshoz kapcsolása 4. Számítási eredmények A modell bemutatott elemeinek illetve a modell együttes működését bemutató számításokat különböző ártéri viszonyok reprezentatív sorozatára végeztük el. A bemutatandó példák különböző peremfeltételeket, rácsháló-felbontást stb. ölelnek fel.